Biotechnologie und Gentechnik

Präsentation zum Thema: "Biotechnologie und Gentechnik"—  Präsentation transkript:

1 Biotechnologie und Gentechnik
Grundlagen und Verfahrensweisen Quelle: BIOLAB - Baden-Württemberg

2 Was ist Biotechnologie? Was ist Gentechnik?
Definition Biotechnologie: Definition Gentechnik: , © Peer Millauer 2

3 Vielfalt der Anwendungsgebiete
, © Peer Millauer 3

4 Zellen, Gene, Proteine , © Peer Millauer 4

5 Die Arbeit im Labor , © Peer Millauer 5

6 Biotechnologie in der Forschung
Humangenomforschung- eine Jahrhundertleistung der Wissenschaft Bereits im Februar vier Jahre früher als ursprünglich erwartet - wurde die vorläufige DNA-Sequenz des Menschen im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht. Sie umfasst demnach 3,2 Milliarden Basenpaare und enthält ca. 30,000 bis 40,000 Gene Der Stellenwert des Humangenomprojekts wird von vielen Wissenschaftlern mit der Aufstellung des Periodensystems der Elemente in der Chemie oder mit der Mondlandung verglichen. Weltweit u. a. mit Beteiligung der USA, Frankreichs, Großbritanniens und Japans im Jahre 1990 in Angriff genommen und von der Human Genome Organisation (HUGO) koordiniert. Deutschland schloss sich dem Projekt im Jahr 1995 an . , © Peer Millauer 6

7 Ziele der Genomforschung
Genome des Menschen, verschiedener Tiere, Pflanzen und Bakterien erforschen Gesamtstruktur des Genoms und Genfunktionen bestimmen Neue Analysemethoden entwickeln Evolutionsbiologische Zusammenhänge erfassen Ethische Begleitforschung betreiben , © Peer Millauer 7

8 Entzifferung der Basenabfolge eines Chromosoms
, © Peer Millauer 8

9 Gendiagnostik Ziele Genetisch bedingte Krankheitsursachen vor oder nach der Geburt erkennen Genetische Merkmale in Verbindung mit individuellen Reaktionen auf Medikamente nachweisen Individuen aufgrund genetischer Merkmale identifizieren ( z.B. in der Rechtsmedizin ) , © Peer Millauer 9

10 Gendiagnostik Funktionsweisen , © Peer Millauer 10

11 Gendiagnostik Anwendungsgebiete Vorgeburtlicher Nachweis von Erbleiden
Nachgeburtlicher Nachweis: Vorhersage von Krebs oder Erbleiden Nachweis genetischer Faktoren für individuelle Reaktionen auf Medikamente (Pharmakogenetik) Test auf Gewebeverträglichkeit (Transplantationsmedizin) Vaterschaftsnachweise, Rechtsmedizin (genetischer Fingerabdruck) , © Peer Millauer 11

12 Humangenetische Testverfahren
Gendiagnostik Humangenetische Testverfahren Krankheitsursachen werden schnell und präzise erkannt durch Genom und/oder DNA – Analyse auf dem pränatalen oder postnatalen Weg. Beratungen über die Verfahrensweisen gibt es beim Arzt oder den Beratungsstellen der Universitäten , © Peer Millauer 12

13 Gendefekte beim Menschen
, © Peer Millauer 13

14 Das Karyogramm des Menschen
, © Peer Millauer 14

15 Gendiagnostik Pro und Contra , © Peer Millauer 15

16 Pharmakogenetik Ziele
Neue Wirk- und Impfstoffe finden und verfügbar machen Wirksamkeit und Verträglichkeit steigern Arzneimittel umweltfreundlicher und mit weniger Aufwand herstellen , © Peer Millauer 16

17 Beispiele gentechnisch produzierter Arzneimittel
Pharmakogenetik Beispiele gentechnisch produzierter Arzneimittel Erythroprotein (EPO): Blutarmut, Doping Humaninsulin: Zuckerkrankheit Interferon: Virus- und Krebstherapie Hepatitis B – Antigen: Vorbeugung gegen Hepatitis , © Peer Millauer 17

18 Pharmakogenetik Verfahrensweisen
Gene für Eiweißstoffe, aus denen die Arzneimittel gewonnen werden, werden in Bakterien oder höhere Zellen übertragen, die diese dann in größeren Massen produzieren , © Peer Millauer 18

19 Pharmakogenetik Verfahrensweisen , © Peer Millauer 19

20 Pharmakogenetik Diskussion
Pro Neue Behandlungsstrategien Bessere Verfügbarkeit Vermindertes Infektionsrisiko Höhere Wirksamkeit Geingere Nebenwirkungen Umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Herstellung Contra Verdrängung alternativer Behandlungswege Missbrauch rekombinanter Hormone (z.B. EPO) im Leistungssport , © Peer Millauer 20

21 Gentherapie Methoden Somatische Gentherapie Keimbahn - Gentherapie
Ad 1) : Erlaubt, weil nur Körperzellen therapiert werden, nicht vererbbar. Ad 2) : Verboten, weil Ei und Samenzellen therapiert werden, vererbbar! , © Peer Millauer 21

22 Gentherapie Ziele Heilung von Krankheiten und Veränderung von Eigenschaften auf genetischer Ebene, d.h. durch Einpflanzen von oder Manipulation des genetischen Materials eines Menschen , © Peer Millauer 22

23 Gentherapie Funktionsweisen , © Peer Millauer 23

24 Gentherapie Anwendungsgebiete
Behandlung von Krebs, Infektionskrankheiten, Herz – Kreislauferkrankungen, Erbleiden, etc. , © Peer Millauer 24

25 Gentherapie Diskussion
Pro Ursächliche Behandlung bislang unheilbarer Krankheiten Eröffnung neuer Behandlungswege Überprüfung der Risiken und Wirksamkeit bestimmter Behandlungsformen Contra Zeitlich begrenzte Wirkung oder ausbleibender Erfolg Ungezielter Einbau in das Erbgut kann Krebs zur Folge haben Schwere Unverträglichkeitsreaktionen gegen Übertragungsvehikel Gefahr der Anwendung auf menschliche Keimzellen (Keimbahntherapie) , © Peer Millauer 25

26 Stammzellforschung Definition Ziele , © Peer Millauer 26

27 Stammzellforschung Funktion Anwendung , © Peer Millauer 27

28 Stammzellforschung , © Peer Millauer 28

29 Stammzellforschung Diskussion
Pro Erkenntnisgewinn über grundlegende biologische Prozesse. Stammzellen als Testsystem für die Entwicklung neuer Medikamente. Neue Perspektiven für die Heilung beschädigter und erkrankter Organe. Contra Ethische Probleme der Erzeugung von Embryonen allein zu Forschungszwecken. Ergebnisse können technische Möglichkeiten des Klonens des Menschen und genetische Eingriffe in die Keimbahn erweitern. , © Peer Millauer 29

30 Tissue Engineering Definition Ziele
T.E.=„Gewebekonstruktion“, d.h. die Kultur und Vermehrung von Zellen und Geweben von Mensch und Tier außerhalb des Körpers. Neue Perspektiven für die Transplantationsmedizin Ziele , © Peer Millauer 30

31 Tissue Engineering Funktionsweisen , © Peer Millauer 31

32 Tissue Engineering , © Peer Millauer 32

33 Tissue Engineering Diskussion
Pro Besser Übertragbarkeit von Ergebnissen der Grundlagenforschung auf die Situation im menschlichen Organismus Übertragung von Eigengewebe umgeht Problem des Spenderorganmangels Keine Abstoßung von Transplantaten Ersatz für Tierversuche Contra Ethische Risiken des Einsatzes embryonaler Stammzellen für die Züchtung von Geweben und Organen , © Peer Millauer 33

34 Xenotransplantation Definition Verfahren
Einsatz tierischer Organe für die Transplantationsmedizin, insbesondere das Hausschwein kommt als Organspender in Betracht Verfahren Züchtung von transgenen Schweinen deren Zelloberflächen best. Organe einen menschlichen Eiweißstoff enthalten. Nach Transplantationen in Menschenaffen blieb eine Abstoßungsreaktion aus. , © Peer Millauer 34

35 Xenotransplantation Risiken
Ungewolltes Einschleusen von tierischen Krankheitserregern, z.B. Retroviren. Gefahr der Durchbrechung der Artenbarriere dieser Viren! Berüchtigtes Beispiel: Das AIDS – Virus aktuelle Gefahr: Das Vogelgrippenvirus in Asien , © Peer Millauer 35

36 Hypothetisches Beispiel
Xenotransplantation Hypothetisches Beispiel , © Peer Millauer 36

37 Pflanzenzüchtung Ziele Ertragssteigerung Höhere Widerstandsfähigkeit
Qualitätsverbesserung Kurze Generationszeit , © Peer Millauer 37

38 Pflanzenzüchtung Methoden
Kombinationszüchtung (das Kombinieren von positiven Eigenschaften durch Kreuzung) Mutationszüchtung (das Hervorrufen gewollter Mutationen durch Chemikalien oder Strahlung und deren Weitervererbung) , © Peer Millauer 38

39 Pflanzenzüchtung Methodenbeispiel , © Peer Millauer 39

40 Die Herstellung transgener Pflanzen
Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung Die Herstellung transgener Pflanzen 3 mögliche Verfahrensweisen zur Einbringung von Genen in Pflanzen: Über Plasmide (Agrobacterium tumefaciens) Über eine Partikelkanone Über Injektion in Protoplasten , © Peer Millauer 40

41 Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung
, © Peer Millauer 41

42 Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung
Ziele Virusresistenz Pilzresistenz Insektenresistenz (Beispiel: Bt – Toxin) Herbizidtoleranz Qualitätssteigerung ( angereicherter Reis ) Rohstoff für die Energieversorgung (Rapsöl) , © Peer Millauer 42

43 Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung
Sicherheitsaspekte , © Peer Millauer 43

44 Biotechnologische Methoden in der Pflanzenzüchtung
Anbaustatistik , © Peer Millauer 44

45 Transgene Pflanzen Diskussion
, © Peer Millauer 45

46 Reproduktionstechniken
Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung Reproduktionstechniken Künstliche Besamung (Einführen des Spermas in das weibliche Tier) In – vitro – Befruchtung (Befruchtung außerhalb des Körpers) Superovulation (Stimulierung einer hohen Zahl von Eizellen) Ammentiere (Austragen in Leihmuttertieren) Klonierung ( Embryosplitting oder Kerntransfer) , © Peer Millauer 46

47 Klonierung durch Kerntransfer
Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung Klonierung durch Kerntransfer Bestätigung dieser Methode auch an anderen Tieren: Rind, Ziege, Maus, Schwein. Jedoch für Tierzucht wenig effektiv, da nur jedes 250 Tier lebensfähig ist. , © Peer Millauer 47

48 Biotechnologische Methoden in der Tierzüchtung
Transgene Tiere Mikroinjektion von Genen in die befruchtete Eizelle Methode möglich, jedoch wenig effektiv: Nur 0,75 % aller Zygoten entwickeln sich zum lebensfähigen Tier (Beispiel : Rind) Die Kosten sind enorm: Die Herstellung eines transgenen Rindes kostet zwischen 0,5 und 1 Mio US – Dollar. Info: Transgene Lachse , © Peer Millauer 48